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江西师范大学 2014 届本科毕业论文 题目 双轴应力对锗烯材料能带和电子结构的影题目 双轴应力对锗烯材料能带和电子结构的影 响响 Title The effect of biaxial stress on energy band and electronic structure of germanene 院系名称院系名称 物理与通信电子学院物理与通信电子学院 学生姓名学生姓名 谭冬梅谭冬梅 学生学号学生学号 10072010541007201054 专专 业业 物理学物理学 指导老师指导老师 徐波徐波 完成时间完成时间 20142014 年年 4 4 月月 I 摘 要 应力对于锗烯材料特性 如电子结构 光学 能带结构 结构相变等等 有着重要的影响 这不仅仅只是学术层面上很有意义 对于锗烯材料的应用也 有着很大的吸引力 特别地 应力将改变晶体结构的键长以及修饰成键电子能 级 并最终导致电荷的重新分布 这将对系统的总的哈密顿量产生微扰 从而 进一步影响材料的电子能带结构 本文将利用 Material studio 软件构建结构 再利用 VASP 软件进行优化和计算能带 本文先介绍了第一性原理计算理论基 础和涉及到的软件 再给出锗烯在无应力情况下的能带结构 电子态密度 DOS 进而分析双轴应力对锗烯的能带结构和电子态密度 DOS 的影响 当应力增加 到一定程度时 会出现部分填充的能带 导致在费米能级附近一个小的密度区 域出现金属性 本文主要分析了应力对其晶体结构 能带结构和电子态密度 DOS 的影响 本文揭示了锗烯能带结构在双轴应力下的变化规律 论证了通 过施加双轴应力可以调控锗烯电子结构的可行性 为深入理解锗烯的性质和其 未来潜在的的实际应用奠定理论基础 关键词 锗烯材料 第一性原理 能带结构 电子态密度图 双轴应力 II Abstract Stress for Germanene material properties such as electronic structure and optical band structure the structure of phase transition etc has an important influence this is not just academic level is meaningful for the application of germanium ene material also has a lot of appeal In particular the stress will change the crystal structure of bond length and modify the bonding electron energy level and ultimately lead to the redistribution of charge it will be on the system of a general perturbation Hamiltonian thus further influence the electronic band structure material This article will use the Material studio software build structure using the VASP software is optimized and calculated energy band This article first introduced the first principles calculation theory basis and involves the software then give a germanium ene under the condition of stress free band structure electron density of states DOS the biaxial stress is analyzed on the basis of germanium on the band structure and density of electronic states DOS When the stress increases to a certain extent will be partially filled band lead to the density of a small area near the Fermi level out of cash This paper mainly analyses the stress on its crystal structure band structure and density of electronic states DOS This article reveals the germanium ene band structure under biaxial stress change rule demonstrated by applying the biaxial stress can regulate the feasibility of germanium on electronic structure for further understanding the nature of germanium material and its future potential of the theoretical basis for practical application Keywords Germanene material the first principles Band structure electron density map Biaxial stress 目录 摘要 Abstract 1 引言 1 2 计算的理论依据和方法 1 2 1 第一性原理计算 1 2 2 第一性原理计算的理论基础 2 1 Born Oppenheimer 绝热近似 2 2 密度泛函理论 2 3 自洽计算 3 2 3 软件介绍 4 3 相关概念介绍 5 3 1 能带结构 5 1 能带是怎样形成的 5 1 布里渊区的高对称点 6 3 2 态密度图 6 1 态密度的意义 6 2 态密度与能带 7 4 计算模型方法和参数 7 4 1 计算模型和方法 7 4 2 计算参数 7 5 计算结果分析 8 5 1 应力对锗烯材料晶体结构的影响 8 5 2 双轴应力对锗烯能带结构的影响 9 5 3 双轴应力对氢吸附锗烯能带结构的影响 12 5 4 双轴应力对氟吸附锗烯能带结构的影响 15 6 结束语 18 参考文献 19 1 1 引言 石墨烯是前几年最热门的层状结构材料 3 石墨烯目前是世上最薄但也是 最坚硬的纳米材料 它几乎是完全透明的 只吸收2 3 的光 导热系数高达 5300 W m K 而电阻率却只约10 6 cm 比铜或银更低 成为世上电阻率最 小的材料 因其电阻率极低 电子迁移的速度极快 因此被期待可用来发展更 薄 导电速度更快的新一代电子元件或晶体管 由于石墨烯实质上是一种透明 的 良好的导体 也适合用来制造透明触控屏幕 光板 甚至太阳能电池 10 石墨烯有如此好的性能 如此多的用途 那与石墨烯同属于第四主族具有很多 相似之处的锗烯应该也可以有很好的性能 因此对锗烯材料的研究很有现实的 意义 在应力下 石墨烯结构和性能都会发生一定的变化 当应变达到30 以 上时 石墨烯将转变为金属 与石墨烯类似的锗烯 由锗原子组成的单层平面 蜂巢状结构 近几年来 它和它的衍生物也成为了科学领域研究的热点 通过 与石墨烯比较 我们猜想 锗烯是否也具有石墨烯相同或更好的性能 应力下 石墨烯可以转变为金属 锗烯可以吗 更容易还是更难呢 本文主要研究双轴 应力对锗烯能带和电子结构的影响 本文研究的体系是单层锗烯以及分别用H 原子和F原子进行双面吸附修饰后的单层锗烯 本文中主要讨论了双轴应力下能 带结构的变化 目前硅工业比较成熟 研究硅烯和锗烯可以使得这些材料能更 快的和目前的硅工业结合起来 所以本文研究双轴应力对锗烯材料能带和电子 结构的影响有很大的现实意义 2 计算的理论依据和方法 2 1 第一性原理计算 第一性原理计算 简称从头计算 指从所要研究的材料的原子组分出发 运用量子力学及其它物理规律 通过自洽计算来确定指定材料的几何结构 电 子结构 热力学性质和光学性质等材料物性的方法 2 基本思想是将多原子构 成的实际体系理解成为只有电子和原子核组成的多粒子系统 运用量子力学等 最基本的物理原理最大限度的对问题进行 非经验 处理 第一性原理计算就只 需要用到五个最基本的物理常量即电子质量 电子电量 普朗克常数 光速以 及波尔兹曼常数通过求解薛定谔方程来得到材料的电子结构 就可以合理地预 测材料的许多物理性质 所有量子力学第一性原理计算最终的目的是通过解薛 定谔方程如下式 从而获得描述体系状态的电子波函数 1 其中波函数包含了所计算体系的所有信息 用第一性原理计算的晶胞大 H t i 2 小和实验值相比误差只有几个百分点 其他性质也和实验结果比较吻合 体现 了该理论的正确性 第一性原理计算按照如下三个基本假设把问题简化 1 利用Born Oppenheimer绝热近似把包含原子核和电子的多粒子问题转化为多 电子问题 2 利用密度泛函理论的单电子近似把多电子薛定谔方程简化为比较容易求解的 单电子方程 3 利用自洽迭代法求解单电子方程得到系统基态和其他性质 2 2 第一性原理计算的理论基础 1 Born Oppenheimer 绝热近似 绝热近似是指 考虑到电子质量比原子核质量小很多 相对来说 电子的 运动速度比核的运动速度要快1000倍左右 当电子在做高速运动时 原子核只 在平衡位置附近缓慢的振动 电子能够绝热于原子核的运动 因此 可以将上 面的多体问题分成两部分来考虑 当考虑电子运动时 原子核要处在它的瞬时 位置上 当考虑原子核运动时 就不需要考虑电子在空间的具体 运用绝热近 似就容易把包含原子核和电子的多粒子问题转化成多电子问题 2 密度泛函理论 密度泛函理论 4 Density Functional Theoty 简称DFT 是从量子力学的基 本原理出发 考虑电子结构 用体系的粒子数密度函数替代电子波函数来描述 体系的理论 也就是说 假定固体 原子 分子等系统的基态能量和物理性质 可以用电子密度函数唯一的确定 Hohenberg Kohn 定理 定理 1 体系的基态电子密度与体系所处的外势场有一一对应的关系 可 以相差一个常数 所以体系的基态性质可由基态电子密度唯一确定 定理 2 能量泛函在粒子数密度不变的前提下 对正确的粒子数密度函数 取极小值 并等于基态能量 这里的基态是非简并的 多电子体系 Hamilton 量分开写成为动能的部分 多电子系统相互作用的部分以及多电子系统之外的外场部分 表示为如下式子 2 VUTH 3 Hohenberg Kohn 定理证明体系总能存在对基态电子密度分布函数的泛函形式 3 Kohn Sham 方程 由上面提到的 Hohenberg Kohn 定理可知 可以把能量写成电子密度的泛函 并且对其求变分即可得出基态能量以及基态波函数 4 但是其中动能项仍然是未知的 并且上式仍是一个体方程 直到 T 1965 年 L J Sham 和 W Kohn 发表了 Kohn Sham 方程 提出了 用没有相互作 用的多粒子体系的动能泛函去替代实际的动能 把差异归于 0 rT rT 未知的交换关联项 从而就转化成单电子的图像 再将的变分 rEXC r 化为对的变分 即可得 r i 5 0 1 1 rrrrdErE iii N i i 即 6 2 rErrV iiiKX 7 r rE rr r rdrvrV xc ks 上式就是单电子的Kohn Sham方程 3 自洽计算 在计算中 将多体系统原胞划分为足够细的网格点 在每个网格点上对一组试探波函 数 一般设为随机数 进行初始化 再根据 7 式便可以算出网格上的 Kohn Sham 势 则本征方程 6 即可求解 然而解出来的本征函数的值一般与初始化了的函数值会不相同 所以要将新解出来的波函数的一部分叠加到初始值上 再根据 6 重新计算 Kohn Sham 势 并利用修正过的势再次求解本征方程 将所得到的本征函数再一次用于修正上一步循 环输入的波函数 一直这样循环的叠代 直到波函数不再变化 即计算收敛 最后利用收 敛后的那组单电子波函数 立即就能得到体系的总能量和电荷密度分布 rrdrvVTE 2 1 rrvrdE rr rr rdrdT rrvrdUTE xc 4 2 3 软件介绍 VASP软件介绍 VASP 是维也纳大学 Hafner 小组开发的进行电子结构计算和量子力学 分子 动力学模拟软件包 它是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软 件之一 主要功能 采用周期性边界条件 或超原胞模型 来处理原子 分子 团簇 纳米管 薄膜 晶体 准晶和无定性材料 以及表面体系和固体 计算材料的结构参数 键长 键角 晶格常数 原子位置等 和构型 计算材料的状态方程和力学性质 体弹性模量和弹性常数 计算材料的电子结构 能级 电荷密度分布 能带 电子态密度和 ELF 计算材料的光学性质 计算材料的磁学性质 计算材料的晶格动力学性质 声子谱等 表面体系的模拟 重构 表面态和 STM 模拟 从头分子动力学模拟 计算材料的激发态 GW 准粒子修正 POSCAR INCAR POTCAR KPOINTS 四个文件是在 VASP 中进行任何 计算都要用到的 在研究双轴应力对锗烯能带和电子结构的影响时 要用 VASP 软件包来进行锗和锗吸附氢和氟的结构的优化 找到最佳的晶格和原子 结构 再进行静态自洽计算来找到最佳的电子排布 最后可利用 VASP 来计算 能带和电子态密度 在计算电子态密度时 要用到一个相关的软件 P4VASP 它主要是用来处理 VASPxml 格式文件的工具 MS 软件介绍 MS Materials studio 是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在 PC 上的模拟软件 它可以帮助你解决当今化学 材料工业中的一系列重要问题 它的主要功能是搭建分子 晶体及高分子材料结构模型 可以操作 观察及分 析结构模型 处理图表 表格或文本等形式的数据 在研究双轴应力对锗烯能 带和电子结构的影响时主要用它来构建锗和锗吸附氢和氟的初始结构 然后将 5 结构投入到 VASP 中进行优化 Origin软件介绍 Origin软件介绍Origin是美国Origin Lab公司于1991年推出的数据分析和绘 图软件 到目前为止 其最高版本已升级到8 0了 Origin包括两大类功能 即 数据分析和绘图 在研究双轴应力对锗烯能带和电子结构的影响时用Originpro8 来绘制能带和DOS图像 3 相关概念的介绍 3 1 能带结构 1 能带是怎样形成的 能带是一种近似的结果 可以看成一种近似 是周期边界条件 bloch函 数 下的一种近似 对于单个原子 分子 单胞 如果不加上周期边界条件 是无法获得能带结构的 那么非周期体系为什么没有能带结构呢 看一个例子 一个H2分子有能带吗 没有 因为它没有周期边界条件 也就是 说在x y z 方向上没有重复 所以它没有能带结构 那H2分子有什么东西呢 有两个轨道 两个1s 原子轨道 或者说两个轨道能级 它们成键参考右图 再 看另外一个例子 一维无限H原子链 在一维无限H原子链体系中 产生了能带 为什么在一维无限H原子链体系中能够产生能带呢 因为 每一个H原子有一个1s轨道 由于在X轴方向 H原子周期排列的方向 引入周期边界条件 所以这个体系有无数 阿佛加得罗 个H1s 的轨道能级 这些具有相同能量的能级轨道处于简并的状态 如果两个相邻的H 原子之间距 离较大 不能够成键 那么这无数个简并的能级将排成一条水平的直线 这条 直线很长 无法画下来 那么我们只有压缩它 将他压缩到一个区间 这样每一个能级用一个点表示 由于点较多 看起来好像形成了一条 0 a 线 这样能带就形成了 相邻轨道之间的重叠越大 成键程度越大 带宽就越大 一个原子的一个 原子轨道在一维周期条件下将产生一条能带 能带的带宽取决于这些原子轨道 的在周期方向上的成键强度 强度越大 带宽越大 成键越弱 带宽越小 如 果周期方向上没有成键 能带将是一条直线 6 2 布里渊区的高对称点 一维周期条件下的布里渊区的能带是一条线 加上二维 X Y 的周期边 界条件 这些能带又会变成一个面 由原来的线组成的一个面 如果我们在做能带结构图的时候 将能带结构按照二维的面画出来是很困 难的 而三维的情况更加困难 因为对称操作有很多 K矢量的取值有很多 所以一个可行的办法就是让K的取值沿着一定的路径走 最后回到起点 我们 只要选择一些较高的对称点 就可以确定这个路径 如下图所示 图1 六角晶格K路径的选择 3 2 态密度图 1 态密度的意义 态密度的物理意义应该是比较简单的 大家都知道 能带结构的纵坐标是 能量 假如在这个坐标轴上取 E 这一个很小能量范围 比如0 005000 0 005001eV 这个范围 那么这个能量间隔范围内又多少个能级 或者说又多 少个原子轨道 分子轨道 呢 能带是怎么来的 是无数个能级 压缩 而成的 而且能带是量子化的 所以在这个能量范围必然又一定数量的能级 轨道 存 在 所以从这里开始 不再谈论单个的原子轨道或能级了 因为这没有什么意 义 而是我们将这一能量范围内的能级作为一组来考虑 所以态密度的概念就 得出来了 即E dE 这个能量范围内的能级数 如果E dE 这个能量范围内轨 道 能级数 越多越密集 态的密度越大 能带越平 态密度峰越尖锐 能带 7 越宽 态密度越平缓 当然离域性越强了 2 态密度与能带 下面的图是能级 能带以及态密度的关系 两个原子的原子轨道组合以后 得到两个分子轨道 在周期边界条件下 这两个分子轨道形成两个能带 根据 能带的宽度和斜率 可以得到态密度的近似图 图2 能带和态密度 上图右边的态密度图表示的是总的态密度 总态密度是所有能带的贡献 4 计算模型方法和参数 4 1 计算模型和方法 锗烯 Germanene 是一种与石墨烯 Graphene 相似的单层2维蜂窝状网 格结构 有着与石墨烯相似的性质 研究双轴应力对锗烯能带和电子结构的影 响我们主要采用了单胞模型 在研究时我们先用MS构造出初始结构 然后再运用VASP进行结构优化 得到最稳定的结构 再固定原子的位子进行静态自洽计算 得到最优的电子排 布 再修改参数给其施加双轴应力 在同样的条件下进行结构优化和自洽计算 最后计算在静态的基础上计算能带 再利用P4VASP Originpro8软件处理数据 并画出能带图和DOS图 4 2 计算参数 晶格常数是晶体物质的基本结构参数 它与原子间的结合能有直接的关系 晶格常数的变化反映了晶体内部的成分 受力状态等的变化 首先对锗烯晶体 结构进行优化 弛豫晶格常数和原子位置使体系总能量最小 在所有计算中 平面波的截止能量为 550eV 收敛判据为总体受力小于 1 eV 8 计算过程中 我们选取包含 2 个原子的单胞 无应力下锗的晶格常数分别 为 a b 4 02 c 15 00 无应力下锗吸附氢的晶格常数分别为 a b 4 08 c 15 41 对于晶格驰豫和总能量计算 KPOINTS 文件里设置的网格点为 9 9 3 也即在一个不可再分的布里渊区内任意选择 9 9 3 个 K 点 5 计算结果分析 5 1 应力对锗烯材料晶体结构的影响 由下表可以看出 无应力时 锗晶体的锗锗键长为2 425 拉伸应变为15 时 键长变为2 736 当锗吸附氢后的晶体应变由0到15 锗锗键长由2 456 增加 至2 765 锗氢键长由1 521 增加至1 536 可见 随着拉伸应力的增加 键 长在增大 无应力下 锗单晶 锗吸附氢和锗吸附氟的晶体键角分别为111 9 111 9 115 8 当应变增加为15 时 分别增加为115 3 116 2 118 1 也 就是说拉伸应力增大 键角也在增大 无应力下 锗单晶 锗吸附氢和锗吸附 氟的晶体褶皱分别为0 076 0 048 0 035 当应变增加为15 时 分别减 小为0 040 0 036 0 027 可以看出 随着拉伸应力的增加褶皱在减小 同样由上表数据可以看出压缩应力增加时 键长键角都减小 褶皱高度增大 但是 锗单晶时 情况有一点特殊 随着压缩应力的增大 锗锗键长先减小再 增大 9 图3 晶体结构图 注 d表示键长 表示键角 表示褶皱的高度 表1 对不同应力下锗 锗吸附氢和锗吸附氟的键长 褶皱高度 键角 15 10 5 0 5 10 15 d 2 7132 3842 3472 4252 5232 6222 736 78 198 7108 9111 9113 3114 9115 3 Ge 0 1240 0760 0540 0760 0440 0400 040 d Ge Ge 2 2582 3112 3802 4632 5582 6592 765 d Ge H 1 5001 5081 5151 5211 5251 5311 536 100 3105 3109 1111 9113 8115 2116 2 Ge 吸 附 H 0 0720 0610 0540 0480 0440 0400 036 10 d Ge Ge 2 2862 3452 4362 5382 6502 7662 884 d Ge F 1 6401 6451 6511 6551 6571 6591 660 106 2111 2113 9115 8116 9117 6118 1 Ge 吸 附 F 0 0580 0480 0400 0350 0320 0290 027 5 2 双轴应力对锗烯能带结构的影响 我们先考虑拉伸应力对锗烯能带结构的影响 12 由下面的能带图可知 在 无应力作用下 锗烯呈现半金属特性 最低的导带和最高的价带都在K点穿过 费米能级 当应力增加到2 5 点导带最低点与无应力下的相比略有些下移 并且导带最低点恰好接触费米能级 在这个时刻 锗烯仍然被视为半导体 当 应变增加为5 时 点处导带最低点已经穿过了费米能级 导致在材料的电子 特性开始呈现金属性 随着应力的增加 点导带更大程度的下移并被填满 也就是说 当拉伸 应变增加至5 时 锗开始呈现金属性 从上面的能带图也可以看出 随着拉伸 应力的增加 整体的导带都向下移动 同时 在K点 最高的价带略有上移 也穿过费米能级 11 图4 锗烯在不同拉应变 下的能带图 费米能级归零 为了研究应力和 点处导带最低点下移的关系 我绘制了 点处导带最低点 能量和拉伸应变的关系 由下图可以看出 点处导带最低点能量随拉伸应力的增加几乎成直线的下 降 点处导带最低点能量变化范围为1 00eV 1 7eV 拉伸应变的变化范围 为0 0 12 5 12 图5 点处导带最低点能量和拉伸应变的关系 锗在无应力下最低导带和最高价带穿过六角布里渊区的K点 是直接0带隙 这点和石墨烯是相同的 然而石墨烯在拉伸应力下电子结构没什么显著的变化 即使拉伸应变增加到30 也还是一个0带隙的半导体 因此 半导体转变为金 属在石墨烯上很难发生 而在锗上却比较容易 拉伸应变增加时 电荷密度移 向一边 锗原子的顶端或底端 非局域性增强 因此S P杂化轨道也即导带的 相互作用变弱 这就导致了 点导带的下移 下面我们来看看压缩应力对锗烯能带的影响 压应变为0 2 5 5 7 5 10 12 5 的能带图如下 13 图6 锗烯在不同压应变 下的能带图 费米能级归零 由上面的能带图可以看出当压缩应变为 2 5 时 价带顶刚好与费米能级接 触 此时锗还被视为半导体 压缩应变为 5 时 能带已经出现了交叠 而且 压缩应力越大 能带交叠的越多 也就是说从 5 的应变开始 锗晶体也由半 导体转变为金属了 5 3 双轴应力对吸氢锗烯能带结构的影响 先来看看拉伸应力对锗吸附氢后晶体的能带结构的影响 从下面各拉伸应 力下的锗吸附氢后晶体的能带图可以发现 无应力时能带在费米能级附近是有 带隙的 而且是直接带隙 带隙大概为 1 3eV 也就是说锗吸附氢后的晶体在 无应力下是半导体 但拉伸应变增加到 2 5 时 可以发现 点处导带最低点下 移了些 费米能级附近的能带带隙变小了 继续增大应力 点处导带最低点 略有下移 但下移的幅度很小 拉伸应变增大到 7 5 时 点处导带最低点恰 好接触费米能级 费米能级附近带隙变为 0 之后再增大应力 也大致保持着 点处导带最低点恰好接触费米能级 费米能级附近带隙为 0 的状态 14 图 7 吸氢锗烯在不同拉应变 下的能带图 费米能级归零 由此可以看出 要使锗吸附氢后的晶体由半导体转变为金属是很困难的 由上面的能带图也可以发现 随着拉伸应力的增加 在K点处的价带也在往上移 但移动的幅度比较小 15 图 8 吸氢锗烯在不同压应变 下的能带图 费米能级归零 16 压缩应力对锗吸附氢的晶体能带结构有什么影响呢 图8是应变为0 2 5 5 7 5 10 12 5 15 的锗吸附氢晶体的能带图 从图8能带图可以看出 压缩应变增加到 2 5 时 费米能级附近的带隙增 大了 点处导带最低点也往上移了 当压缩应变为 7 5 时 带隙变为最大 之后再增大压力 点处导带最低点往下移 带隙又随压缩应力的增加而减小 之后当压缩应变增大到 15 时 费米能级附近的带隙居然减为0了 变成了无 带隙的结构 也就是说当压缩应力增大到一定程度时锗吸附了氢的晶体是可以 由半导体转变为金属的 可以发现 在压缩应力增大时 K点的导带一直在往 下移 价带一直在往上移 而且越靠近费米能级 移动的幅度越大 5 4 双轴应力对吸氟锗烯能带结构的影响 如下图分别为不同的拉伸应变 吸氟锗烯的能带图 在无应力时 点处 导带最低点与价带最高点都与费米能级接触 此时是直接零带隙结构 当应力 增加时 可以发现 点处导带和价带都没有什么变化 即使拉伸应变已经增大 至 15 点附近处能带还是和无应力时一样 17 图 9 吸氟锗烯在不同拉应变 下的能带图 费米能级归零 当应力增加时 K 点处的能带还是有一点变化的 K 点处导带随着拉伸应力 的增加略微的在往下移 靠近费米能级的价带有轻微的上移 也就是说 在拉 伸应力下 锗吸附了氟的晶体能带结构基本没什么很大的变化 上面已经讨论了拉伸应力对锗吸附氟的能带结构的影响 那压缩应力对其 能带结构有什么影响呢 下面是应变为0 2 5 5 7 5 10 12 5 15 的锗吸附氟晶体的能带图 在无应力时费米能级附近是零带隙结构 当压缩应变为 5 时 点处导带 最低点上移了 出现了带隙 压缩应力继续增大 当应变为 7 5 时 费米能级 附近的带隙大约为1eV 继续增大压缩应力 发现 点处导带最低点又在往下移 应变为 12 5 时 点处导带最低点与价带最高点都与费米能级接触 带隙又减为 0 继续增大压缩应力 当应变 15 时 点处导带最低点穿过了费米能级 出 现了能带的交叠 也就是说锗吸附了氟的晶